中国科学家用量子搜寻暗物质获重要进展

记者从中国科学技术大学获悉，该校彭新华教授、江敏副教授等人利用量子精密测量技术探测暗物质诱导的自旋相关相互作用，将此前国际上的探测界限提升50倍以上。国际知名学术期刊《物理评论快报》日前刊发了该成果。

在我们的世界，日月星辉乃至自然万物等所有“看得见”的东西，仅占宇宙质量的5%，另外的95%是看不见的暗物质和暗能量。找到暗物质，将会带来物理学的革命性突破，让人类更好地理解宇宙。然而暗物质粒子不发光、不参与电磁相互作用，无法用任何光学或电磁观测设备直接“看”到。如何探测到“暗粒子”，是国际物理学研究的重大课题。

轴子是可能构成暗物质的热门假想粒子之一。近期，利用量子精密测量技术对微弱能级的超灵敏测量，中科大科研团队巧妙利用两个相距60毫米的极化原子系综，在“轴子窗口”内探测轴子暗物质诱导的自旋相关相互作用。为此，科研人员精心设计磁屏蔽系统，成功把环境的经典磁场信号抑制减弱为一百亿分之一，还采用在引力波探测中广泛应用的最优滤波技术，以最大限度提高轴子信号的信噪比。

▲利用量子精密测量技术探测轴子暗物质诱导的自旋相互作用图。（科研团队供图）

通过一系列创新，科研团队在“轴子窗口”内给出了迄今为止最强的中子—中子耦合界限，将此前国际上的探测界限提升50倍以上。美国印第安纳大学伯明顿分校教授迈克尔·斯诺评论认为，这项研究的独特亮点在于创新性引入两种新技术——磁放大技术和信号模板，超越了国际先进水平。

“我们的研究通过提升探测精度和范围，进而提升了寻找到‘暗粒子’的可能。”彭新华教授说。此外，这项研究发展的技术具有远景的实际应用价值，比如通过提高核磁共振的精度来实现精准医疗，以及开展更为精密的深海探测等。